NO140696B - Anordning ved en metallisk mantel for en selvbrennende elektrode - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en anordning ved en metallisk mantel for

en selvbrennende elektrode, omfattende en sylinder og et antall ribber som strekker seg stort sett vertikalt og radialt innover fra sylinderens indre overflate og hvis indre kanter har sagtannet form og hvor hver tann har et skrått parti som faller mot midten av elektrodemantelen.

Vanlige selvbrennende elektroder anvendt i elektriske smelteovner for fremstilling av ferrolegeringer og karbid vises rent skjematisk i den delvis gjennomskårne illustrasjon i fig. 1 på tegningene. En selvbrennende elektrode 5 blir i smeltesonen i en elektrisk ovn gradvis forbrukt fra den nedre ende eftersom smelteprosessen skrider frem. Sylindriske elektrodemantler 1 fremstilt av metallplatemateriale av en utformning som vist i planriss i fig. 2 blir så sveiset én efter én til den ovre ende av elektrodemantelen, og elektrodemasse 2 blir suksessivt efter-fylt i elektrodemantelen. På grunn av den varme som frembringes av den elektriske strom som går gjennom elektroden fra en elektrisk stromtilforselsholder 3, som omslutter elektroden, og på grunn av varmeledning fra smeltesonen i den elektriske ovn,

blir den efterfylte elektrodemasse 2 brent slik at det frembringes en kontinuerlig elektrode 5 bestående av en brent karbon-holdig del og en elektrodemantel som omslutter denne. Som nevnt ovenfor blir den karbonholdige del i den nedre ende av elektroden 5 forbrukt sammen med elektrodemantelen 1 eftersom smelteprosessen i ovnen skrider frem. Dette forbruk kompenseres det for ved å la elektroden 5 med regulære mellomrom gli ned gjen-

nom holderen for elektrisk tilforsel ved hjelp av en elektrode-nedskyvningsanordning 4 som er anordnet på elektrodemantelen 1. Som det sees av planrisset i fig. 2, snittet i fig. 3 som er

tatt efter linjen I-l i fig. 2 og snittet i fig. 4 som er tatt efter linjen II-IT i fig. 2, er det anordnet et antall ribber 8

med hull 9 langs mantelens lengde, og med passende mellomrom ved posisjoner 10 er disse ribber festet vertikalt til innsiden av en sylinder 7 for elektrodemantelen 1. I den hensikt å lette rik-tig innbyrdes stilling for øvre og underliggende elektrodemantler som skal sveises sammen, er et antall styreelementer 11 med en form som vist i fig. 3 og 4, festet til den øvre ende 12 av sylinderen 7. Et styrebånd som strekker seg rundt hele omkretsen av sylinderen 7, vil eventuelt kunne anvendes istedenfor disse styreelementer 11.

For en konvensjonell, selvbrennende elektrode av ovennevnte konstruksjon må elektrisk og mekanisk utstyr for elektroden, strømtilførsel samt tilførsel av elektrodemasse og konstruksjon av elektrodemantelen og sveisingen av denne, være tilpasset således at man sikrer normal og jevn selvbrenning og nedglidning av elektroden. I de senere år har tendensen gått mot større elektriske smelteovner, og tilbehøret for elektrodene er blitt forbedret for derved å bidra til å hindre elektrodefeil. Slike feil som brudd og nedglidning er imidlertid fremdeles ikke helt fjernet.

Elektrodebrudd betyr feil i en del av elektroden 5 beliggende under den nedre ende av holderen 3 for elektrisk tilforsel, idet denne nedre del brytes i ovre og nedre deler under ovnens drift. En elektrodeutglidning betyr vanskeligheter ved at den karbonholdige del av elektrodemassen 2 i mantelen 1 glir ut av denne under ovnens drift.

Da ovennevnte elektrodebrudd skyldes en komplisert kombinasjon

av mange direkte og indirekte faktorer, er det ofte vanskelig å finne ut grunnen. Ifolge resultater av analyser av elektrodebrudd er der imidlertid en stor sannsynlighet for at beliggenheten av sprekker observert i overflaten av den karbonholdige del av elektroden for brudd "har funnet sted, vil svare til beliggenheten av det efterfolgende elektrodebrudd. Dette er lett å få bekreftet ved det faktum at bruddet ofte forekommer innen én til tre dager efterat en sprekk forst er observert på overflaten av elektrodens karbonholdige del.

De to efterfolgende forholdsregler er derfor tenkelige for å

hindre elektrodebrudd, nemlig:

1) Å hindre dannelse av sprekker i overflaten av elektrodens karbonholdige del; og 2) Å hindre at slike sprekker forplanter seg videre efterat de de er blitt dannet på elektrodens overflate.

En strekkspenning som skyldes kombinasjonen av slike faktorer som temperaturforskjeller mellom inn- og utside av elektroden, vekten av denne, friksjonskrefter og boyningsspenninger bevirket av nedsmeltingen av det chargerte materiale i ovnen, vil imidlertid alltid virke på overflaten av elektroden. Når derfor engang en sprekk er dannet på overflaten av elektroden, vil strekkspenninger virke på denne sprekk med en kniveggvirkning. Resultatet av dette er at sprekken forplanter seg lett under mindre strekkspenninger enn hva tilfellet er hvis ingen sprekker forelå. Med hensyn til forholdsregel 2) kan således forplant-ning av dannede sprekker hindres ved å redusere strekkspenning-ene. Den eneste forholdsregel som imidlertid er tilgjengelig under aktuell drift, er å redusere temperaturforskjellene mellom elektrodens inn- og utside mest mulig ved å redusere den elektriske strombelastning eller å hindre plutselig varmesjokk ved utkobling. Bemerkelsesverdig virkning kan ikke ventes med hensyn til å sinke videreforplantning av sprekker ved disse forholdsregler.

En elektrodemasse fremstilles av egnet bindemiddel og blanding av antrasitt, brent elektrodeavfall, grafittpulver og koksgrus som tilslag, med tilsetning av bek og tjære som bindemiddel, idet blandingen forvarmes til en passende temperatur og knas godt. Elektrodemassen viser en varmeekspansjons- og kontraksjonskurve som vist i fig. 5 under brenningsprosessen. Elektrodemassen i elektrodemantelen vil derfor trekke seg sammen, i et kontraksjons-trinn, på grunn av varmeekspansjon og kontraksjonen vil finne sted i retningen C som antydet i fig. 6. På den annen side vil forholdet mellom strekkfastheten for elektrodemassen og temperaturen være som vist i fig. 7. Som det fremgår av denne tegning, vil temperaturen i hoy grad påvirke strekkfastheten for elektrodemassen. Elektrodemassen er mere spesielt angitt fast i tempe-raturområdet fra romtemperatur til omkring 100°C og underkastes en fremadskridende blotgjoring ^ fluidisering * elas-tisering/plastisering i området fra 100°C til omkring 500°C. Over omkring 500°C vil fordampning og karbonisering av bindemid-delet skride videre frem, hvilket resulterer i en gradvis reduk-sjon av plastisiteten, og elektrodemassen vil få en strekkfasthet som et elastisk legeme. Forholdet mellom strekkfasthet for stål-ribbene for elektrodemantelen og temperaturen er vist i fig. 7

for sammenlignings skyld.

Hvis feil som brudd eller utglidning forekommer for en elektrode som skal tilføre elektrisk energi til en smelteovn, vil smelte-operasjonen bli diskontinuerlig. Dette resulterer i alvorlige beskadigelser og tap. Særlig i moderne, store, lukkede typer av elektriske ovner kan diameteren for elektroden være så stor som omkring 2 meter. Hvis en elektrodefeil opptrer for slike store ovner, er det ikke lett å gjenopprette normale driftsfor-hold. I tillegg til dette vil det selv efter gjenopptagelse ta lang tid for å vende tilbake til stabile operasjonsforhold. En elektrodefeil kan således lett bli en fatal feil.

For å overvinne de nevnte problemer er det tidligere kjent å an-vende ribber med hull 9. Imidlertid blir ribber med hull langt sterkere bundet til en brent elektrodemasse (dvs. en karbonhol-dig del 5) enn sagtannede ribber. Derfor bevirker ribbene med hull langt større problemer slik som dannelsen av sprekker i den karbonholdige del 5 og brudd i overgangene 10 mellom ribbene 8 og sylinderen 7, i motsetning til sagtannede ribber. Bruken av slike sagtannede ribber er beskrevet bl.a. i tysk patent

816 579 og US patent 1.679.284.

Tysk patent nr. 816 579 vedrører en selvbrennende elektrode som utsettes for alvorlige mekaniske spenninger, f.eks. slike elektroder som anvendes i ovner slik som elektriske ovner for fremstilling av stål eller lignende. Patentet omtaler en armatur for en selvbrennende elektrode hvor elektrodemantelen har sin innervegg forsynt med ribber for å forhindre dannelsen av konti-nuerlige spor eller sprekker på grunn av korrosjon bevirket av flammen i den perifere del av den brente elektrode. Som en ut-førelsesform for slike ribber er vist ribber som har sagtannede blader festet på innerveggen av elektrodemantelen. Hver sagtann som er vist der har et skrått parti som faller mot midten av elektrodemantelen, og skråpartiet av hver av sagtennene på ribbene synes å ha en fallvinkel mindre enn 4 5°. Imidlertid angir patentet hverken området for fallvinkelen for sagtannen for således å overensstemme med retningen av kontraksjonsbevegelsen for elektrodemassen, og heller ikke omhandles understøttelsen av mas-sebelastningen vertikalt, kontinuerlig og uten brudd.

US-patent 1 679 284 vedrører en prosess som gjør det mulig å

unngå innføring av skadelig materiale (vanligvis jern som danner elektrodemantelen) fra mantelen (som korresponderer med elektrodemantelen i den foreliggende oppfinnelse) inn i ovnen. I dette patent vil man se at ribber er tilveiebragt på innerveggen av mantelen. Imidlertid er disse ribber beregnet til å tjene til å muliggjøre passasje av den elektriske strøm fra mantelen inn i elektrodemassen eftersom de opprettholder en utmerket kontakt med massen eller de kan lages av forholdsvis vanskelig smeltbart metall eller kan være av liten størrelse for således å hindre innføring av skadelig materiale i ovnen, eller kan være av rela-tivt stor tykkelse for således å unngå betydelig oppvarming av elektrisk strøm som passerer gjennom disse. Ribbene er vist hellende nedad. Imidlertid er ribbene i dette patentet kun beregnet til å tjene det ovenfor nevnte formål alene og er aldri beregnet til å tjene til å utjevne sammentrekningsbevegelsen av massen eller for spredning av påkjenninger. Ribbene har en til-synelatende fallvinkel på mindre enn 4 5°. Imidlertid gir de i de nevnte to patenter skisserte løsninger med sagtannede ribber likevel lett utglidningsproblemer.

Den foreliggende oppfinnelse tar derfor sikte på å tilveiebringe en anordning som gjør bruk av i og for seg kjente sagtannede ribber for å overvinne ulempene ved ribber med hull.

Den innledningsvis nevnte anordning kjennetegnes ifølge oppfinnelsen ved at vinkelen mellom nevnte skrå parti og horisontalen er i området mellom 45° og 75° og at den vertikale projeksjon av nevnte skrå parti er lik eller lengre enn stigningen mellom tennene .

Oppfinnelsen skal nu beskrives nærmere under henvisning til tegningene. Fig. 1 viser med delvis bortskårne partier et oppriss av en konvensjonell selvbrennende elektrodeanordning. Fig. 2 er et planriss av en vanlig mantel for en slik selvbrennende elektrode.

Fig. 3 er et snitt efter linjen I-l i fig. 2.

Fig. 4 er et snitt efter linjen II-II i fig. 2.

Fig. 5 viser en kurve over forholdet mellom koeffisientene for varmeekspansjon og -kontraksjon for en elektrodemasse og temperaturen. Fig. 6 er en del av et snitt gjennom en elektrode og viser forholdet mellom ribbene i en vanlig mantel og retningen for kontraksjonen som forekommer i den karbonholdige del av elektroden. Figuren viser også beliggenheten og retningen av sprekker som dannes i denne del av elektroden. Fig. 7 viser kurver over forholdet mellom strekkfastheten for elektrodemassen og temperaturen resp. strekkfastheten for stål-ribbene og temperaturen. Fig. 8 og 9 viser partier av ribber med forskjellige utformning-er for elektrodemantler ifølge oppfinnelsen. Fig. 10 er en detalj vedrørende styreelementene som er festet til elektrodemantelsylinderen.

Da en elektrodemasse har en varmeekspansjon og -kontraksjon som ovenfor nevnt, vil elektrodemassen trekke seg sammen, som vist i fig. 6, i retning vertikalt nedover, idet den også er under inn-flytelse av sin egen vekt. Samtidig trekker massen seg horison-talt sammen mot midten av elektroden 5. Den resulterende sammentrekningsretning C er vist i fig. 6.

Ved de sagtannede ribber ifølge oppfinnelsen, hvor vinkelen mellom en skrå del av hver tann i nevnte sagtannede ribber og horisontalen (i det etterfølgende benevnt "skråvinkel") er i området mellom 4 5° og 7 5°, er sammentrekningsretningen for elektrodemassen (retning C i fig. 6) stort sett overensstemmende med skråvinkelen. Derfor hindres ikke sammentrekningen av elektrodemassen, hvilket således resulterer i at det ikke dannes noen sprekker i den brente karbonholdige delen 5. I motsetning til dette overensstemmer elektrodemassens sammentrekningsretning ikke med skråvinkelen i de tidligere kjente ribber hvor skråvinkelen er mindre enn 4 5°. Derfor hindres sammentrekningen av elektrodemassen, hvilket fører til dannelsen av sprekker i den brente karbonholdige del 5 og tilfeller av elektrodeproblemer slik som brudd og utglidning. På den annen side, blir sammentrekningen av elektrodemassen ved de tidligere kjente sagtannede ribber ikke hindret hvis skråvinkelen overstiger 7 5°. Imidlertid er frik-sjonsmotstanden mellom ribbene og elektrodemassen da så liten at det blir umulig å understøtte den karbonholdige del 5, hvilket forårsaker en såkalt utglidning.

Ved de sagtannede ribber ifølge oppfinnelsen, hvor den vertikale projeksjon av nevnte skrå-parti (angitt i det etterfølgende som "1") er lik eller lenger enn stigningen mellom tennene (angitt i det etterfølgende som "L"), er tyngdekraftbelastningen av elektrodemassen fullt (100%) spredt og understøttet vertikalt og kontinuerlig. I motsetning til dette, er tyngdekraftbelastningen av elektrodemassen ikke fullt fordelt og understøttet vertikalt og kontinuerlig ved de tidligere kjente sagtannede ribber, hvor "1" er mindre enn "L". Derfor kan tyngdekraftbelastningen ikke understøttes tilstrekkelig, hvilket lett fører til utglidningsproblemer av den karbonholdige del fra metallmantelen.

Følgelig bevirker de sagtannede ribber ifølge foreliggende oppfinnelse langt mindre elektrodeproblemer, slik som brudd og en utglidning, enn de kjente sagtannede ribber.

Formen av ribbene i mantelen ifølge oppfinnelsen er vist på fig.

8 og 9. Det vil sees at mantelen har 1) et antall ribber av hvilken som helst type 8'a eller 8'd med sagtannede kanter vend-ende mot midten av sylinderen 7', hvilke ribber er festet med passende mellomrom stort sett vertikalt forløpende på innsiden av sylinderen 7' på stedet for de konvensjonelle ribber; og 2) hver av tennene i denne sagtakking har et skrått parti 13 som vender nedover mot midten av sylinderen 7'. Videre er det 3)

som vist i fig. 8 foreslått at vinkelen OC mellom tennene 13 skal være mellom 45° og 75°. Dessuten kan 4) den øverste ende av ribbene 8'a eller 8'd ha et skrått parti 14 som heller i samme retning som tannpartiet 13.

I den hensikt å lette justeringen for sammenpasning av den øvre og underliggende elektrodemantel som skal forenes, er det vanlig som vist i fig. 10, å feste styreelementer 11' eller et omkrets-bånd til den øvre ende av sylinderen 7'. Anordning av de øvre ender av styreelementene 11'.eller et styrebånd med et skrått parti 15 forløpende i samme retning som skrå-partiet 13, vil effektivt hindre brekkasje i sammenføyningene mellom elementene 11' eventuelt omkretsbåndet og mantelen. Den samme virkning kan også fås ved å la de øvre ender av ribbene 8'a eller 8'd rage noe opp over den øvre ende av sylinderen 7', eller ved å la de nedre ender av ribbene 8'a eller 8'd rage noe nedenfor den nedre ende av sylinderen 7'.

Ved den foreliggende anordning vil således elektrodemassen i mantelen fritt kunne trekke seg sammen og bevege seg i denne, tyng-dekraf tbelastningen av elektrodemassen i mantelen vil bli meget godt fordelt over de skrå partier av de sagtannede ribber og understøttet vertikalt og kontinuerlig, og tyngdekraftbelastningen på elektrodemassen i mantelen vil virke på de skrå partier av tennene, hvorved strekkspenninger ikke vil forekomme i sammenføy-ningene mellom ribbene og sylinderen, idet sammenpressende kref-ter istedenfor virker på disse sammenføyninger. Derved vil hverken brudd i ribbene eller brekkasje av sammenføyningene mellom disse og sylinderen forekomme. Elektrodefeil slik som brudd og utglidning, vil derfor effektivt hindres. Som følge av nevnte forhold kan hele tverrsnittsarealet for elektrodemantelen betrak-tes stort sett som bedømmelsesarealet hva angår vertikal strekkfasthet og tillatt elektrisk strøm i elektrodemantelen.

Claims (1)

1. Anordning ved en metallisk mantel for en selvbrennende elektrode, omfattende en sylinder og et antall ribber som strekker seg stort sett vertikalt og radialt innover fra sylinderens indre overflate og hvis indre kanter har sagtannet form og hvor hver tann har et skrått parti som faller mot midten av elektrodemantelen, karakterisert ved at vinkelen mellom nevnte skrå parti og horisontalen er i området mellom 45° og 75° og at den vertikale projeksjon av nevnte skrå parti er lik eller lengre enn stigningen mellom tennene.